1. Nội dung câu hỏi
Cho hình lập phương \(ABCD.A'B'C'D'\) có \(AB = a\).
a) Chứng minh răng \(C'D \bot \left( {BCD'} \right)\), \(BD' \bot C'D\) và \(\left( {BC'D} \right) \bot \left( {BCD'} \right)\).
b) Tính góc giữa hai đường thẳng \(BD\) và \(A'D'\).
c) Tính góc giữa đường thẳng \(BD\) và mặt phẳng \(\left( {CDD'C'} \right)\).
d) Tính số đo của góc nhị diện \(\left[ {B,DD',C} \right]\).
e) Tính khoảng cách từ điểm \(D\) đến mặt phẳng \(\left( {BCD'} \right)\).
g) Chứng minh \(B'C'\parallel \left( {BCD'} \right)\) và tính khoảng cách giữa đường thẳng \(B'C'\) và mặt phẳng \(\left( {BCD'} \right)\).
h) Tính thể tích của khối tứ diện \(C'BCD\) và tính khoảng cách từ điểm \(C\) đến mặt phẳng \(\left( {BC'D} \right)\).
2. Phương pháp giải
a) Để chứng minh đường thẳng vuông góc với mặt phẳng, ta chứng minh đường thẳng đó vuông góc với 2 đường thẳng bất kỳ cắt nhau trong mặt phẳng.
Để chứng minh 2 mặt phẳng vuông góc, ta cần chỉ là 1 đường thẳng nằm trên mặt phẳng này và vuông góc với mặt phẳng kia.
b) Chỉ ra \(AD\parallel A'D'\), nên góc giữa \(BD\) và \(A'D'\) cũng bằng góc giữa \(BD\) và \(AD\), và bằng \(\widehat {ADB}\).
c) Ta chứng minh \(BC \bot \left( {DCC'D'} \right)\), do đó góc giữa đường thẳng \(BD\) và mặt phẳng \(\left( {DCC'D'} \right)\) là góc \(\widehat {BDC}\).
d) Ta chứng minh \(\widehat {BDC}\) là góc phẳng nhị diện của góc nhị diện \(\left[ {B,DD',C} \right]\).
e) Gọi \(I\) là giao điểm của \(D'C\) và \(DC'\). Theo câu a, ta có \(DI \bot \left( {BCD'} \right)\), từ đó suy ra khoảng cách từ \(D\) đến \(\left( {BCD'} \right)\) là đoạn thẳng \(DI\).
g) Để chứng minh \(B'C'\parallel \left( {BCD'} \right)\), ta chứng minh \(B'C'\) song song với một đường thẳng trong mặt phẳng \(\left( {BCD'} \right)\). Do \(B'C'\parallel \left( {BCD'} \right)\) nên khoảng cách giữa \(B'C'\) và \(\left( {BCD'} \right)\) bằng khoảng cách từ \(C'\) đến \(\left( {BCD'} \right)\).
Theo câu a, ta có \(IC' \bot \left( {BCD'} \right)\), từ đó suy ra \(C'I\) chính là khoảng cách cần tìm.
h) Công thức tính thể tích khối chóp: \(V = \frac{1}{3}Sh\), với \(S\) là diện tích đáy và \(h\) là chiều cao của khối chóp đó.
Do \(CC' \bot \left( {BCD} \right)\) nên thể tích tứ diện \(C'BCD\) là \(V = \frac{1}{3}CC'.{S_{BCD}}\).
Do thể tích tứ diện \(C'BCD\) cũng có thể được tính bằng công thức \(V = \frac{1}{3}{d_{C,\left( {BC'D} \right)}}.{S_{BC'D}}\), ta suy ra \({d_{C,\left( {BC'D} \right)}} = \frac{{3V}}{{{S_{BC'D}}}}\).
3. Lời giải chi tiết
a) Do \(ABCD.A'B'C'D'\) là hình lập phương, nên ta có \(BC \bot \left( {DCC'D'} \right)\), điều này suy ra \(BC \bot C'D\).
Vì \(DCC'D'\) là hình vuông, nên ta có \(C'D \bot CD'\).
Vậy ta có \(BC \bot C'D\), \(C'D \bot CD'\) nên ta có \(C'D \bot \left( {BCD'} \right)\). Ta có điều phải chứng minh.
Do \(C'D \bot \left( {BCD'} \right)\), ta suy ra \(BD' \bot C'D\).
Do \(C'D \bot \left( {BCD'} \right)\), mà \(C'D \subset \left( {BC'D} \right)\),ta suy ra \(\left( {BC'D} \right) \bot \left( {BCD'} \right)\).
b) Dễ thấy rằng do \(ABCD.A'B'C'D'\) là hình lập phương, ta có \(AD\parallel A'D'\), nên góc giữa \(BD\) và \(A'D'\) cũng bằng góc giữa \(BD\) và \(AD\), và bằng \(\widehat {ADB}\).
Do \(ABCD\) là hình vuông, nên \(\widehat {ADB} = {45^o}\).
Vậy góc giữa \(BD\) và \(A'D'\) bằng \({45^o}\).
c) Do \(ABCD.A'B'C'D'\) là hình lập phương, nên ta có \(BC \bot \left( {DCC'D'} \right)\). Điều này suy ra \(C\) là hình chiếu của \(B\) trên \(\left( {DCC'D'} \right)\). Như vậy, góc giữa đường thẳng \(BD\) và mặt phẳng \(\left( {DCC'D'} \right)\) là góc \(\widehat {BDC}\).
Do \(ABCD\) là hình vuông, nên \(\widehat {BDC} = {45^o}\).
Vậy góc giữa đường thẳng \(BD\) và mặt phẳng \(\left( {DCC'D'} \right)\) bằng \({45^o}\).
d) Do \(ABCD.A'B'C'D'\) là hình lập phương, ta suy ra \(DD' \bot \left( {ABCD} \right)\). Điều này dẫn tới \(DD' \bot BD\) và \(DD' \bot CD\). Vậy \(\widehat {BDC}\) là góc phẳng nhị diện của góc nhị diện \(\left[ {B,DD',C} \right]\). Theo câu c, ta có \(\widehat {BDC} = {45^o}\). Vậy số đo của góc nhị diện \(\left[ {B,DD',C} \right]\) bằng \({45^o}\).
e) Gọi \(I\) là giao điểm của \(D'C\) và \(DC'\). Theo câu a, ta có \(C'D \bot \left( {BCD'} \right)\), nên \(DI \bot \left( {BCD'} \right)\). Vậy khoảng cách từ \(D\) đến \(\left( {BCD'} \right)\) là đoạn thẳng \(DI\).
Vì \(DCC'D'\) là hình vuông cạnh \(a\), ta suy ra \(C'D = \sqrt {{a^2} + {a^2}} = a\sqrt 2 \). Suy ra \(DI = C'I = \frac{{C'D}}{2} = \frac{{a\sqrt 2 }}{2}\).
Vậy khoảng cách từ \(D\) đến \(\left( {BCD'} \right)\) bằng \(\frac{{a\sqrt 2 }}{2}\).
g) Do \(ABCD.A'B'C'D'\) là hình lập phương, ta suy ra \(B'C'\parallel BC\).
Mà \(BC \subset \left( {BCD} \right)\) nên ta suy ra \(B'C'\parallel \left( {BCD'} \right)\).
Vì \(B'C'\parallel \left( {BCD'} \right)\), nên khoảng cách giữa \(B'C'\) và \(\left( {BCD'} \right)\) cũng bằng khoảng cách từ \(C'\) đến \(\left( {BCD'} \right)\).
Theo câu a, ta có \(C'D \bot \left( {BCD'} \right)\), điều này cũng có nghĩa \(C'I \bot \left( {BCD'} \right)\), tức khoảng cách từ \(C'\) đến \(\left( {BCD'} \right)\) là đoạn thẳng \(C'I\). Mà theo câu e, vì \(C'I = \frac{{a\sqrt 2 }}{2}\), ta kết luận rằng khoảng cách giữa \(B'C'\) và \(\left( {BCD'} \right)\) bằng \(\frac{{a\sqrt 2 }}{2}\).
h) Do \(CC' \bot \left( {BCD} \right)\) nên thể tích tứ diện \(C'BCD\) là
\(V = \frac{1}{3}CC'.{S_{BCD}} = \frac{1}{3}CC'.\frac{{BC.CD}}{2} = \frac{{a.a.a}}{6} = \frac{{{a^3}}}{6}\).
Tam giác \(BC'D\) có \(BC' = C'D = BD = a\sqrt 2 \) (do chúng đều là đường chéo của các mặt của hình lập phương) nên tam giác đó đều.
Diện tích tam giác \(BC'D\) bằng \({S_{BC'D}} = \frac{{B{D^2}\sqrt 3 }}{4} = \frac{{{{\left( {a\sqrt 2 } \right)}^2}\sqrt 3 }}{4} = \frac{{{a^2}\sqrt 3 }}{2}\).
Vì thể tích tứ diện \(C'BCD\) cũng có thể được tính bằng công thức \(V = \frac{1}{3}{d_{C,\left( {BC'D} \right)}}.{S_{BC'D}}\), ta suy ra \({d_{C,\left( {BC'D} \right)}} = \frac{{3.\frac{{{a^3}}}{6}}}{{\frac{{{a^2}\sqrt 3 }}{2}}} = \frac{{a\sqrt 3 }}{3}\).
Vậy khoảng cách từ \(C\) đến mặt phẳng \(\left( {BC'D} \right)\) bằng \(\frac{{a\sqrt 3 }}{3}\).
Chủ đề 3: Kĩ thuật phát và đập bóng
Chuyên đề 11.1: Một số vấn đề về khu vực Đông Nam Á
Chương 7. Hiđrocacbon thơm. Nguồn hiđrocacbon thiên nhiên. Hệ thống hóa về hiđrocacbon
Chủ đề 4: Chiến thuật phòng thủ và thi đấu
Ngữ pháp
SBT Toán Nâng cao Lớp 11
SGK Toán 11 - Kết nối tri thức với cuộc sống
SGK Toán 11 - Cánh Diều
SGK Toán 11 - Chân trời sáng tạo
Chuyên đề học tập Toán 11 - Kết nối tri thức với cuộc sống
Chuyên đề học tập Toán 11 - Cánh Diều
Chuyên đề học tập Toán 11 - Chân trời sáng tạo
SBT Toán 11 - Kết nối tri thức với cuộc sống
SBT Toán 11 - Chân trời sáng tạo
Tổng hợp Lí thuyết Toán 11
Bài giảng ôn luyện kiến thức môn Toán lớp 11
SBT Toán Lớp 11
SGK Toán Nâng cao Lớp 11
SGK Toán Lớp 11
Quên mật khẩu ?
Hoặc đăng nhập với
Điểm cần để chuộc tội: 0
Bé Cà đang rất bực vì quỹ điểm của bạn đã đạt ngưỡng báo động. Bé Cà đã tắt quyền đặt câu hỏi của bạn. Mau kiếm bù điểm chuộc lỗi với bé Cà
FQA tặng bạn
HSD: -
Xem lại voucher tại Trang cá nhân -> Lịch sử quà tặng
FQA tặng bạn
HSD: -
Xem lại voucher tại Trang cá nhân -> Lịch sử quà tặng
Để nhận quà tặng voucher bạn cần hoàn thành một nhiệm vụ sau